Geração de energia elétrica de fontes alternativas

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GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
DE FONTES ALTERNATIVAS
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Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Londrina 
Editora e Distribuidora Educacional S.A. 
2020
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
DE FONTES ALTERNATIVAS
1ª edição
3
2020
Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza
CEP: 86041-100 — Londrina — PR
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Paola Andressa Machado Leal
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
__________________________________________________________________________________________ 
Lopes, Giancarlo Michelino Gaeta
L864g Geração de energia elétrica de fontes alternativas/ 
Giancarlo Michelino Gaeta Lopes, – 
 Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A. 2020.
 42 p.
 ISBN 978-65-86461-17-6
1. Geração de energia. 2. Energia Renovável I. Lopes,
Giancarlo Michelino Gaeta.Título. 
 
CDD 621.472
____________________________________________________________________________________________
Jorge Eduardo de Almeida CRB-8/8753
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sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, 
por escrito, da Editora e Distribuidora Educacional S.A.
4
SUMÁRIO
Energia eólica _______________________________________________________ 05
Energia solar fotovoltaica ___________________________________________ 20
Biomassa e energia geotérmica _____________________________________ 35
Geração distribuída _________________________________________________ 48
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA DE 
FONTES ALTERNATIVAS
5
Energia eólica
Autoria: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Leitura crítica: Paulo Takao Okigami 
Objetivos
• Compreender as características dos ventos a fim 
de saber definir a instalação de turbinas eólicas 
em determinada região.
• Compreender o funcionamento das turbinas 
eólicas e aerogeradores, estudando as topologias 
e partes existentes.
• Desenvolver conceitos que permitam a criação 
de sistemas de geração eólicos e conhecer as 
topologias elétricas utilizadas em tais sistemas.
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1. Introdução e evolução histórica
Com o passar dos anos a preocupação ambiental relacionada à geração 
de energia elétrica ficou cada vez mais evidente. Assim, surgiram novas 
fontes energéticas renováveis, que minimizaram ou acabaram com o 
impacto ambiental na geração. Uma dessas fontes é a eólica, que utiliza 
a energia presente nos ventos para gerar energia elétrica.
Os ventos começaram a ser utilizados há mais de dois mil anos com 
a invenção dos moinhos, os quais o movimento das pás gerado pelo 
vento culmina no movimento vertical de um pistão contido dentro de 
um cilindro. Com o passar dos anos, os moinhos que tinham a função 
de processar alimentos foram refinados ao ponto de serem utilizados 
para gerar energia elétrica. Tal feito aconteceu em 1887, na Escócia, pelo 
engenheiro eletricista e professor James Blyth (PINTO, 2013).
A criação de turbinas eólicas semelhantes às que encontramos 
atualmente ocorreu no final do século XIX e início do século XX, na 
Dinamarca, que financiou as pesquisas com o objetivo de levar energia 
elétrica para as áreas rurais do país. Devido ao incentivo do governo 
Dinamarquês, em 1909 já haviam sido construídas 72 turbinas eólicas 
que produziam energia em corrente contínua, com capacidade de gerar 
de 60 a 70 MWh por ano (PINTO, 2013).
Atualmente, em capacidade instalada, a Europa figura como uma 
das regiões do mundo que mais utiliza a energia eólica na geração 
de energia elétrica, contribuindo com 11,6% de toda a demanda de 
eletricidade da União Europeia em 2017, ano em que foram gerados 
336 TWh a partir dessa fonte de energia (IBERDROLA, 2020). No Brasil, 
em 2020, 9,04 % de toda a energia elétrica gerada advém de 629 
centrais geradoras eólicas, totalizando uma potência instalada de cerca 
de 15.000 MW (ANEEL, 2020).
7
2. Caracterização dos ventos
A instalação de uma turbina eólica para a geração de energia elétrica 
passa pelo estudo da intensidade e constância dos ventos no local de 
instalação desejado. Dessa forma, é importante conhecer como são 
realizadas essas medições, como os dados são disponibilizados e como 
os ventos são gerados.
Os ventos podem ser definidos como sendo o movimento de massas de 
ar na atmosfera e são formados pela rotação e aquecimento da Terra, 
bem como pela influência de efeitos térmicos. De acordo com Fadigas 
(2011), eles podem ser classificados como:
• Ventos de circulação local: que são as brisas marítimas e terrestres, 
geradas em áreas costeiras, devido à diferença na capacidade de 
absorção de calor da terra e do mar; e ventos das montanhas e 
vales, criados pela diferença de temperatura das massas de ar 
originada pela diferença de altitude.
• Ventos de circulação global: que são gerados pelas variações de 
densidade, pressão e temperatura, causadas pelo aquecimento 
desigual da terra devido à radiação solar. Esses ventos também 
são afeados pela rotação da Terra. 
Dentro do Brasil, uma região que recebe destaque na geração de energia 
a partir dos ventos é o litoral norte da região Nordeste. Como a região 
está próxima da linha do Equador, a incidência de radiação solar é alta, 
causando uma grande diferença de temperatura entre a massa de ar 
sobre o oceano e a massa de ar sobre a terra, gerando ventos de grande 
intensidade. Dessa forma, os ventos de circulação local, que chegam 
próximos a 9 m/s (32,4 km/h) (AMARANTE et al., 2001), criam uma 
condição extremamente favorável para a instalação de turbinas eólicas. 
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Sabe-se que os ventos não possuem uma velocidade e direção 
constantes e que essas variações podem ser temporais ou espaciais, 
havendo diferentes parâmetros que influenciam o perfil do vento. Dentre 
as variações temporais existem as variações interanuais, sazonais, 
diárias e de curta duração. Já as variações espaciais, estão relacionadas 
à topografia e rugosidade do terreno, assim, os principais fatores 
espaciais que influenciam na velocidade do vento, são: os obstáculos, 
como edifícios, silos e árvores; a rugosidade do terreno, como o tipo de 
utilização da terra, construções e vegetação; e a orografia, que indica a 
existência de colinas e depressões (FADIGAS, 2011).
A energia presente no vento, que será posteriormente convertida em 
energia elétrica em um aerogerador, é a energia cinética decorrente da 
movimentação das massas de ar. Assim, sabendo que a massa de ar que 
se movimenta em uma determinada área em um determinado intervalo 
de tempo é igual à massa específica do ar multiplicada pelo volume de 
ar que passa na área a cada segundo, é possível determinar a potência 
contida no vento, em Watts, como sendo (PINTO, 2013):
 (1)
Onde ρ é a massa específica do ar em kg/m3, v a sua velocidade em m/s 
e A é a área em m2 por onde está passando o vento a ter a potência 
determinada. No caso de uma turbina com hélice de eixo horizontal, a 
área será o círculo formado pelas hélices.
Analisando a Equação 1, fica clara a necessidade de ventos intensos para 
a geração de uma alta potência, o que justifica a instalaçãodas centrais 
eólicas em locais com ventos fortes. Além disso, como a energia é dada 
pela multiplicação da potência com o tempo, quanto maior o tempo de 
ventos intensos sobre um gerador eólico, maior será a energia gerada. 
Contudo, é importante ressaltar que a massa específica do ar varia 
conforme a localidade, fazendo com que locais que apresentem a 
9
mesma velocidade média dos ventos apresentem diferentes potências 
eólicas. Isso pode ser confirmado matematicamente pela expressão que 
determina a massa específica do ar, dada pela Equação 2:
 (2)
Onde P é pressão do ar em Pa, T é a temperatura do ar em escala 
absoluta, em K, e R é a constante geral dos gases em (Pa.m3)/(K.mol). 
Assim, é comum realizar a comparação do potencial eólico de diferentes 
locais por meio da densidade de potência, em W/m2, dada pela equação 3:
 (3)
Desta forma, a densidade de potência determina a potência do vento 
que atinge a turbina, independentemente de seu tamanho.
Atualmente, existem atlas eólicos que são capazes de indicar os 
locais com maior incidência de ventos, sua velocidade e constância 
(AMARANTE et al., 2001). A partir dessa informação, é possível 
determinar a região de instalação de uma central eólica. Porém, 
a definição precisa do local de instalação não deve se basear 
exclusivamente nesses dados, que na maioria das vezes não são 
resultantes de medições diretas, mas extrapolações e aproximações. 
Sendo assim, é necessário se instalar no local uma ou mais torres para a 
medição dos ventos, por um período mínimo de um ano. 
Tais torres são chamadas de torres anemométricas ou estações 
meteorológicas, onde são instalados os seguintes instrumentos: 
anemômetros, para a medição da velocidade do vento; lemes, para 
indicar a direção do vento; termômetro, para a medição da temperatura 
do ar; barômetro, para a medição de pressão do ar; e um sistema de 
aquisição e armazenamento dos dados. Com isso, tendo em mãos 
os dados coletados por tais equipamentos, é possível determinar a 
densidade de potência do vento em função do tempo e concluir com 
segurança sobre a instalação ou não de um aerogerador no local.
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3. Turbinas eólicas
As turbinas eólicas são equipamentos que possuem a função de 
converter a energia cinética presente no vento em energia mecânica, 
que posteriormente será convertida em energia elétrica por meio de um 
gerador elétrico acoplado em seu eixo. Esta conversão de energias pode 
ser visualizada na Figura 1.
Figura 1 – Conversões de energias e partes principais de um aerogerador
Fonte: Pinto (2013, p. 79).
As turbinas eólicas podem ser classificadas em termos do eixo no qual 
as suas pás giram. A grande maioria das turbinas possui o eixo de 
rotação horizontal, paralelo ao solo, e é utilizada em locais com poucos 
obstáculos, já que requer um vento com característica laminar para 
ter máxima eficiência. Existem ainda modelos verticais, com o eixo de 
rotação perpendicular ao solo, que conseguem operar com ventos 
turbulentos e emitem um baixo nível de ruído, podendo ser utilizados 
em ambientes urbanos. A Figura 2 mostra esses dois tipos de turbina, 
horizontal e vertical.
11
Figura 2 – Turbinas eólicas horizontais e verticais
Fonte: Pinto (2013, p. 80).
As turbinas com eixo horizontal são majoritariamente baseadas em 
hélices, criando um conjunto com características que permite se sobressair 
em relação aos demais tipos. Nesse tipo de turbina, a velocidade do rotor 
e a potência de saída podem ser controladas pela variação do ângulo das 
pás, que podem ser otimizadas aerodinamicamente, a fim de aumentar a 
eficiência na conversão de energia.
Conhecendo as energias associadas e as topologias das turbinas, 
é importante saber que há um máximo de potência que a turbina 
consegue extrair do vento. Assim, não é toda a potência do vento 
calculada pela Equação 1 que será convertida em potência mecânica no 
eixo da turbina. Isso ocorre, pois, após passar pela turbina, o vento tem 
velocidade e pressão reduzidas, fazendo com que o ar atrás da turbina 
se expanda. Essa expansão impossibilita a retirada de toda a potência.
Utilizando cálculos matemáticos a partir da equação de Bernoulli, 
chega-se que o máximo de potência que uma turbina eólica pode retirar 
da potência disponível do vento é de 59,3% (PINTO, 2013). Perceba que 
essa eficiência está relacionada à conversão de energia cinética do vento 
em mecânica, portanto, a eficiência total do sistema eólico será ainda 
menor devido às perdas na conversão da energia mecânica em elétrica.
12
As turbinas eólicas são divididas em quatro classes em relação a seu 
projeto e condições de vento do local onde serão instaladas. O principal 
fator que determina a classe da turbina é o nível da velocidade do vento, 
sendo considerada a média anual do vento, a velocidade de rajada do 
vento e o percentual de turbulência (PINTO, 2013). Desta forma, no 
momento de se indicar o modelo de turbina a ser instalada, determinar 
a classe a ser utilizada é fundamental.
Além das classes das turbinas em função da velocidade do vento, elas 
também são classificadas quanto a sua potência, sendo: turbinas de 
pequeno porte, para potências de até 100 kW; turbinas de médio porte, 
para potências entre 100 e 1.000 kW; e turbinas de grande porte para 
potências acima de 1.000 kW (FADIGAS, 2011).
4. Aerogeradores
O aerogerador é definido como sendo todo o conjunto responsável 
por gerar energia elétrica a partir dos ventos, ele é composto pela 
turbina eólica e diversas outras partes, como pode ser visto na 
Figura 3. Os aerogeradores podem possuir potência de até 8 MW, com 
torres de até 170 metros de altura, com pás que podem chegar a até 
85 m. Os modelos mais comuns possuem potência em torno de 4 MW, 
com 120 m de altura e pás de 60 m (PINTO, 2013).
13
Figura 3 – Partes de um aerogerador
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_int_pt.svg. 
Acesso em: 14 jan. 2020.
As principais partes que constituem os aerogeradores estão detalhadas 
a seguir:
• Turbina eólica: é composta pelas pás, pelo cubo rotor e pelo 
mecanismo de controle de inclinação das pás. As pás são as 
estruturas movimentadas pelo vento, que ficam acopladas 
ao cubo rotor. Nesse acoplamento, existem mecanismos de 
controle de passo, responsáveis por controlar a inclinação das 
pás. Esse ajuste no ângulo das pás tem como objetivo controlar 
a potência e a velocidade da turbina, e é utilizado para frear 
aerodinamicamente o rotor quando necessário.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_int_pt.svg
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• Torre: é o elemento de sustentação do aerogerador. Pode ser do 
tipo tubular cônico (mais comum), construído em aço ou concreto, 
ou treliçado, construído em aço.
• Nacela ou nacele: é a estrutura que abriga o gerador elétrico, a caixa 
de engrenagens da turbina e o gerador. Ela fica montada sobre 
a torre e possui um sistema de controle de direção, que possui a 
função de colocar a turbina e a nacela na direção do vento, de forma 
lenta, para evitar forças giroscópicas de grande intensidade.
• Anemômetro: é o dispositivo responsável por medir a velocidade do 
vento. Junto a ele se encontra um dispositivo para a indicar a direção 
do vento (leme ou biruta). Esses equipamentos enviam dados para o 
sistema de controle geral alocado na base da torre, que monitora o 
desempenho do aerogerador e permite a sua supervisão e controle 
de forma remota. Os dados coletados por esses equipamentos 
também são utilizados pelo sistema de controle de direção da 
turbina e pelo sistema de controle de inclinação das pás.
• Caixa de câmbio ou caixa de engrenagens: tem a função de transmitir 
a energia mecânica do eixo acoplado à turbina para o eixo do gerador 
elétrico. Nesse processo é realizada a multiplicação da velocidade, 
já que a velocidade de rotação da turbina eólica é limitada a valores 
entre 15 e 200 rpm, enquanto os geradores elétricos comerciais 
possuem rotações bem mais altas, como 1.800 rpm no caso de um 
gerador de quatropolos operando em 60 Hz. Vale ressaltar que 
existem modelos mais recentes de aerogeradores sem a caixa de 
engrenagens, onde o eixo do rotor eólico é acoplado diretamente ao 
eixo do gerador elétrico, que passa a ter um número maior de polos, 
permitindo a sua operação em uma velocidade mais baixa.
• Freio: tem a função de manter o rotor parado para serviços de 
manutenção e auxiliar o freio aerodinâmico, especialmente em 
turbinas eólicas de menor capacidade, com a finalidade de evitar 
a sobrevelocidade do sistema. O freio utilizado pode ser a disco 
ou a embreagem.
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• Gerador: é o elemento responsável pela geração da energia 
elétrica a partir da energia mecânica gerada pela turbina e 
transmitida pela caixa de engrenagens. Podem ser utilizados 
geradores de corrente contínua, de ímã permanente, síncronos e 
de indução (assíncrono). Mais detalhes sobre o processo geração 
estão citados na próxima seção.
5. Conexão de aerogeradores na rede elétrica
Conhecendo as partes de um aerogerador e os tipos de geradores 
elétricos que são utilizados, resta saber como tais geradores operam 
para permitir a sua conexão à rede elétrica. Neste momento, é 
importante saber que dependendo da estratégia de controle utilizada, 
uma turbina eólica pode operar com velocidade fixa ou variável. Assim, 
o tipo de gerador utilizado e o modo de operação definem duas formas 
de conexão do aerogerador na rede elétrica: direta ou indiretamente 
acoplado à rede elétrica (FADIGAS, 2011). Baseado nessas informações, 
a seguir são apresentados os principais sistemas geradores utilizados, 
divididos na operação com velocidade fixa ou variável.
5.1 Sistemas geradores com velocidade fixa
Uma das soluções mais simples e compatíveis com a tecnologia padrão 
atual de geradores trifásicos é utilizar um gerador síncrono acoplado 
diretamente na rede elétrica, conforme o esquema apresentado 
na Figura 4. Nesse caso, se faz necessária a caixa de engrenagens 
devido à grande diferença entre as velocidades do gerador e da 
turbina, o que garante a velocidade de rotação fixa da turbina, em 
conjunto com a frequência da rede e o número de polos do gerador. 
Uma desvantagem dessa topologia é a potência de saída altamente 
flutuante devido à rigidez do acoplamento dos rotores, que mantém a 
velocidade de rotação fixa.
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Figura 4 – Gerador síncrono acoplado diretamente na rede elétrica
Fonte: Fadigas (2011, p. 171).
Uma outra topologia que pode ser utilizada é um gerador de indução 
com rotor de gaiola acoplado diretamente na rede elétrica. Nessa 
configuração, apresentada na Figura 5, também é necessária a caixa 
de engrenagens e a compensação de reativos deve ser feita por banco 
de capacitores. Além disso, as flutuações de potência devido ao vento 
também são transferidas à rede, porém, em uma forma levemente 
amortecida devido ao escorregamento do gerador.
Figura 5 – Gerador de indução com rotor de gaiola 
acoplado diretamente na rede elétrica
Fonte: Fadigas (2011, p. 173).
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5.2 Sistemas geradores com velocidade variável
Quando a operação da turbina acontece com velocidade variável, 
inevitavelmente a tensão de saída do gerador alternado terá uma 
frequência variável. Dessa forma, é necessário utilizar um inversor de 
frequência para adequar a frequência da corrente gerada, que varia, em 
uma corrente com frequência fixa para ser acoplada a rede.
A operação com velocidade variável permite o melhor aproveitamento 
da aerodinâmica da turbina. Devido a isso, ela tem sido cada vez mais 
utilizada nos aerogeradores de grande porte, algo possível devido ao 
avanço da tecnologia dos inversores, que permite o desenvolvimento de 
conversores cada vez mais eficientes.
A forma mais simples de operação de um aerogerador com velocidade 
variável é utilizando um gerador síncrono com inversor, como está 
apresentado na Figura 6. Nessa topologia, um inversor de frequência 
é utilizado, gerando um desacoplamento da velocidade do gerador e 
permitindo que haja uma variação na velocidade de rotação da turbina. 
O maior problema dessa e de outras topologias que usam inversores 
é as harmônicas que podem ser inseridas na rede, o que traz a 
necessidade de filtros e outros elementos.
Figura 6 – Gerador síncrono com inversor
Fonte: Fadigas (2011, p. 175).
18
Como forma de reduzir o custo do gerador e aumentar a sua robustez, 
mantendo a possibilidade de operação com velocidade variável da 
turbina, pode-se optar pela substituição do gerador síncrono da 
topologia anterior por um gerador de indução com rotor de gaiola, o 
que elimina a necessidade da excitatriz. Nessa configuração o controle 
de reativos passa a ser feito pelo inversor e a caixa multiplicadora de 
velocidades ainda é necessária.
Também é possível encontrar topologias que realizam o acoplamento do 
rotor da turbina diretamente no gerador elétrico, sem a necessidade da 
caixa de engrenagens. Isso se torna possível quando a corrente na saída 
do gerador é contínua e se aplica um conversor CC/CA para permitir a 
sua ligação com a rede. O grande problema dessa topologia é o custo 
mais alto do gerador CC e maiores necessidades de manutenção.
Uma outra possibilidade de se eliminar a necessidade da caixa 
de engrenagens é utilizar um gerador síncrono com uma grande 
quantidade de polos, em uma topologia semelhante à apresentada na 
Figura 6. A desvantagem fica novamente por conta do gerador, que tem 
seu tamanho e peso aumentados consideravelmente com o aumento da 
potência, inviabilizando a instalação sobre a torre.
Uma última opção é utilizar um gerador síncrono com ímã 
permanente, conforme a topologia apresentada na Figura 7. A grande 
vantagem está na eliminação da excitatriz e na alta eficiência que o 
gerador possui. Além disso, a alta densidade do material magnético 
utilizado para gerar o campo do rotor torna o equipamento compacto, 
o que tem motivado os fabricantes de aerogeradores a optarem por 
essa topologia, utilizando múltiplos geradores com ímãs permanentes. 
Perceba que com essa topologia tem-se um gerador mais compacto 
e eficiente e não há caixa de engrenagens, o que reduz o tamanho da 
nacela e consequentemente o peso da estrutura, impactando em um 
custo geral menor do aerogerador.
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Figura 7 – Gerador síncrono com ímã permanente 
acoplado diretamente à turbina
Fonte: Fadigas (2011, p. 180).
Dentre as fontes de energia renováveis, a energia eólica desempenha 
um papel importante. Assim, foram apresentadas nessa Leitura Digital 
conceitos que permitem o conhecimento das tecnologias empregadas 
nessa forma de geração de energia elétrica, trabalhando com aqueles 
que permitem desde a determinação do local de instalação de uma 
central eólica até a forma de conexão dos aerogeradores na rede elétrica.
Referências bibliográficas 
AMARANTE, O. A. C. do; BROWER, M.; ZACK, J.; SÁ, A. L. de. Atlas do potencial 
eólico brasileiro. Brasília, DF, 2001. Disponível em: http://www.cresesb.cepel.
br/publicacoes/download/atlas_eolico/Atlas%20do%20Potencial%20Eolico%20
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ANEEL. Sistema de Informações de Geração da ANEEL – SIGA. 2020. Disponível 
em: https://www.aneel.gov.br/siga. Acesso em: 18 jun. 2020.
IBERDROLA. Evolução da energia eólica na Europa: o vento, a melhor forma de 
apostar no futuro. 2020. Disponível em: https://www.iberdrola.com/meio-ambiente/
evolucao-energia-eolica-europa. Acesso em: 27 jan. 2020.
PINTO, M. O. Fundamentos de energia eólica. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/atlas_eolico/Atlas%20do%20Potencial%20Eolico%20Brasileiro.pdf
https://www.aneel.gov.br/siga
https://www.iberdrola.com/meio-ambiente/evolucao-energia-eolica-europa
20
Energia solar fotovoltaica
Autoria: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Leitura crítica: Paulo Takao Okigami 
Objetivos
• Compreender o funcionamento de uma célula 
solar e de fatores que determinam a sua eficiência 
na produção de energia elétrica.
• Conhecer os equipamentos e fluxo de projeto de 
um sistemade geração fotovoltaico autônomo.
• Estudar a topologia e característica de um sistema 
de geração fotovoltaico conectado à rede elétrica.
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1. Introdução e evolução histórica
A energia solar pode ser utilizada para diversos fins, como em processos 
de aquecimento residencial e industrial, dessalinização e para a geração 
de energia elétrica (KALOGIROU, 2016). Nesse último, quando se 
deseja fazer a conversão direta de energia solar para elétrica, se faz 
necessária a utilização de módulos fotovoltaicos que possuem diversas 
especificações e parâmetros que determinam a sua eficiência e forma de 
instalação, com o objetivo de maximizar a conversão de energia.
Por ser uma forma de geração de energia elétrica limpa e sustentável, 
o seu uso está se expandindo a cada dia, em especial nos pequenos 
geradores independentes. A motivação dessa expansão também se deve 
principalmente à redução do custo dos módulos fotovoltaicos, que animou 
os consumidores a instalar sistemas fotovoltaicos em suas residências e 
empreendimentos a fim de minimizar suas contas de energia.
O primeiro pesquisador a trabalhar com a energia fotovoltaica foi o 
francês Alexandre-Edmond Becquerel, que em 1839 inseriu duas placas 
de latão em um líquido condutor e visualizou uma luz saindo das placas, 
bem como a geração de uma corrente elétrica. Tal experimento iniciou o 
desenvolvimento da tecnologia dos sistemas fotovoltaicos, culminando 
com a construção da primeira célula solar em 1880 por Charles 
Fritts. Porém, a maior evolução ocorreu da década de 1950 quando 
os cientistas dos Laboratórios Bell descobriram que o silício dopado 
é responsivo à luz, o que permitiu a criação de células solares mais 
baratas e eficientes (BALFOUR et al., 2016).
Atualmente, o Brasil possui 3.870 centrais de geração fotovoltaicas, 
que totalizam uma potência de aproximadamente 2.500 MW, 
correspondendo a cerca de 1,5 % da capacidade de geração do país 
(ANEEL, 2020). Vale ressaltar que esse número não contempla os 
sistemas de geração privados instalados nos consumidores. Assim, o 
número total de centrais fotovoltaicas no país é muito maior.
22
2. Módulos solares e regras de instalação
Quando a luz ou a radiação eletromagnética do Sol incide sobre uma 
célula composta de materiais semicondutores com propriedades 
específicas, acontece o efeito fotovoltaico, permitindo a conversão 
direta da luz em eletricidade. É a partir desse efeito que as células 
fotovoltaicas funcionam.
Uma célula solar fotovoltaica é composta por duas camadas de 
materiais semicondutores tipo N e P, depositados sobre uma base 
metálica e com uma grade de coletores metálicos em sua superfície. 
Assim, quando a luz solar atinge a célula, os elétrons e lacunas dos 
materiais semicondutores saltam a barreira de potencial criada na 
junção e geram corrente elétrica. Esses elétrons em movimento são 
coletados pelos eletrodos metálicos.
A partir desse princípio de funcionamento, existem diversos tipos 
de células solares, que utilizam diferentes tecnologias de fabricação. 
As mais comuns de serem encontradas são (VILLALVA; GAZOLI, 2012):
• Silício monocristalino: desenvolvido a partir de blocos de silício 
ultrapuros, aquecidos a altas temperaturas e submetidos a um 
processo de cristalização. Os lingotes formados nesse processo 
geram finas placas de silício puro (wafers), que recebem impurezas 
em ambas as partes, criando as camadas de material P e N que são 
a base da célula fotovoltaica. Então, a célula semiacabada recebe 
uma película metálica em uma das faces, uma grade metálica na 
outra e um material antirreflexivo na face que irá receber luz.
• Silício policristalino: nesse tipo de célula, os lingotes que geram 
os wafers são formados por um aglomerado de pequenos cristais, 
com tamanhos e orientações diferentes. O processo de dopagem e 
acabamento é semelhante ao que ocorre no silício monocristalino.
23
• Filmes finos: fabricados a partir da deposição de finas camadas de 
materiais (silício e outros) sobre uma base. Podem ser encontrados 
células com filmes finos de silício amorfo, silício microcristalino, 
telureto de cádmio e CIGS (cobre-índio-gálio-selênio).
As células de silício monocristalino são as mais eficientes disponíveis 
comercialmente em larga escala, com um rendimento que chega a até 
19%. Porém, seu custo é mais alto que as de silício policristalino, que 
podem chegar a um rendimento de até 17% (VILLALVA; GAZOLI, 2012). 
Assim, essas duas tecnologias são as mais comuns de se encontrar no 
mercado, sendo produzidas por diversos fabricantes.
Um painel, placa ou módulo solar fotovoltaico é composto por um 
arranjo de diversas células solares e outros elementos, como pode ser 
visto na Figura 1. Podem ser encontrados comercialmente painéis com 
potências a partir de 1 W, utilizados em sistemas embarcados, a até 
cerca de 400 W. Os modelos mais comuns utilizados em sistemas de 
geração elétrica são de 270 W e 330 W, possuem tensão de saída em 
torno 37 V e corrente que varia conforme a sua potência (VILLALVA; 
GAZOLI, 2012).
Figura 1 – Partes de um painel solar
Fonte: adaptada de alejomiranda/iStock.com.
24
É importante saber que um módulo fotovoltaico não apresenta 
uma tensão de saída constante em seus terminais, sendo que ela é 
dependente de sua corrente e vice-versa. Assim, o ponto de operação 
do painel depende da carga que está conectada a ele. Desta forma, é 
possível traçar curvas que indicam a relação entre corrente e tensão, e 
potência e tensão em um painel fotovoltaico, como estão apresentados 
na Figura 2. Analisando as curvas é possível perceber três pontos 
distintos: o ponto de máxima potência, onde idealmente o painel deve 
operar para maximizar a sua eficiência; a corrente de curto-circuito, que 
ocorre quando os terminais do módulo são curto-circuitados, atingindo 
a sua máxima corrente; e a tensão de circuito aberto, obtida com a 
medição dos terminais do módulo sem carga, indicando a maior tensão 
que ele pode fornecer.
Figura 2 – Curvas características de um painel fotovoltaico: 
(a) corrente e tensão e (b) potência e tensão
Fonte: Villalva e Gazoli (2012, p. 77).
Além da carga, a eficiência de um painel fotovoltaico depende de dois 
fatores fundamentais, a radiação solar e a temperatura, e ambos 
impactam na corrente gerada pelo painel. A radiação solar ideal para a 
operação de um módulo deve ser de ao menos 1000 W/m2, fazendo com 
que ele consiga fornecer a corrente máxima especificada em sua folha 
de dados. Uma redução na radiação causa uma redução na corrente 
25
gerada, como pode ser visto na Figura 3(a). Na condição ideal de 
radiação solar, a corrente nominal do módulo acontece na temperatura 
de 25 °C. Temperaturas superiores a essa também causam uma redução 
na corrente gerada, como pode ser visto na Figura 3(b). 
Figura 3 – Influências na operação de um painel fotovoltaico: 
(a) radiação solar e (b) temperatura
Fonte: Villalva e Gazoli (2012, p. 80).
A fim de otimizar a radiação solar recebida pelos módulos, é importante 
saber que existem diversas características que afetam a captação de 
energia dos módulos solares. Elas estão relacionadas à inclinação do 
eixo de rotação da Terra, o ângulo da altura solar, o ângulo azimutal 
do Sol e o ângulo de inclinação dos módulos. Assim, a partir dessas 
características, existem algumas regras que devem ser seguidas para a 
instalação dos módulos solares:
• Para maximizar a produção média diária de energia, sempre que 
possível, o módulo deve ser instalado com a sua face voltada para 
o norte geográfico.
• O ângulo de inclinação do módulo deve ser ajustado conforme 
o ângulo da latitude geográfica onde o sistema será instalado, 
26
seguindo a Tabela 1, a fim de otimizar a produção no decorrer 
do ano. Lembrando que, na prática, o instalador deve calcular a 
altura da haste de fixação (h) em um triângulo pitagórico, sendo 
função do comprimento do módulo (L) e do ângulo escolhido (ϕ), 
conforme a relação (VILLALVA; GAZOLI, 2012):(1)
Tabela 1 – Determinação do ângulo de inclinação do módulo
Latitude geográfica 
do local de instalação
Ângulo de inclinação 
do módulo
0º a 10º 10º
11º a 20º Latitude
21º a 30º Latitude + 5º
31º a 40º Latitude + 10º
41º ou mais Latitude + 15º
Fonte: adaptada de Villalva e Gazoli (2012, p. 59).
Com o objetivo de aumentar a potência total, um sistema fotovoltaico 
pode utilizar um grande número de módulos, conectados em série, 
paralelo ou mesclando essas duas formas de conexão. As principais 
características de cada uma dessas formas de conexão são:
• Conexão de módulos em série: a tensão de saída do conjunto 
(string) corresponde à soma da tensão de saída de cada 
módulo. A corrente que circula pelo conjunto é a mesma para 
todos os módulos.
• Conexão de módulos em paralelo: a tensão de saída do conjunto 
é igual à tensão de um módulo individual. A corrente total de 
saída é a somatória das correntes dos módulos.
• Conexão de módulos em série e paralelo: os módulos são 
conectados em série e depois em paralelo. Conforme o arranjo, 
há a somatória das correntes e tensões dos módulos.
27
3. Sistemas fotovoltaicos autônomos
Também chamados de sistemas fotovoltaicos isolados, os sistemas 
autônomos são aqueles que não são ligados na rede elétrica, por isso, 
em inglês, recebem o nome de offgrid. Usualmente, tais sistemas são 
utilizados em locais que não são atendidos pela rede elétrica, como 
por exemplo em zonas rurais remotas ou comunidades isoladas da 
Amazônia. Eles são usados, inclusive, para o fornecimento de energia 
para veículos terrestres e náuticos ou para a alimentação de pequenos 
aparelhos eletrônicos portáteis.
Quando tratamos de um sistema fotovoltaico autônomo que tem por 
objetivo substituir ou compensar a falta da rede elétrica em um local, 
ele deve ser composto, basicamente, por: painéis solares, banco de 
baterias, controlador de carga e inversor. Nesse sistema, a energia é 
gerada em corrente contínua pelos painéis e armazenada nas baterias, 
que tem seu processo de carregamento regulado pelo controlador 
de carga. Para ser utilizada na alimentação dos equipamentos que 
encontramos em nossas residências, a energia passa pelo inversor, que 
converte a corrente contínua armazenada nas baterias e gerada pelos 
painéis em corrente alternada.
3.1 Baterias
Em um sistema autônomo, a geração de energia, que varia durante 
o dia devido à radiação solar, dificilmente coincide com o consumo. 
Assim, é necessário um elemento que seja capaz de armazenar a energia 
gerada, a fim de proporcionar o fornecimento de energia para o usuário, 
mesmo em momentos em que a geração seja mínima ou inexistente, 
como no período da noite ou em dias nublados e chuvosos. O elemento 
responsável por isso é a bateria.
Com o objetivo de aumentar a capacidade de armazenamento do 
sistema, podem ser utilizados bancos de baterias, que podem ser 
28
agrupadas em série, permitindo a obtenção de tensões maiores, ou 
em paralelo, aumentando a capacidade de corrente. Pode ainda ser 
feita uma mescla entre as duas formas de ligação. Vale ressaltar que 
podem ser encontradas no mercado baterias de 12 V, 24 V e 48 V, e 
que a capacidade de tensão e corrente do banco devem entender as 
especificações de operação do controlador de carga e do inversor.
Existem diversos tipos de baterias que podem ser utilizadas em um 
sistema autônomo e a mais conhecida e utilizada é a de chumbo ácido, 
que pode ser de ácido líquido ou em gel, seladas ou abertas. Essas 
baterias são constituídas de placas de chumbo mergulhadas em uma 
solução ácida e a energia é carregada e descarregada por meio de 
reações químicas do chumbo com o ácido. As baterias com eletrólito em 
gel possuem maior vida útil e permitem um maior número de ciclos de 
carga e descarga quando comparadas com as de eletrólito líquido. Já a 
vantagem das seladas é que não necessitam de manutenção, ao passo 
que as abertas requerem a adição periódica de água. Normalmente, os 
modelos com eletrólito em gel são seladas e são chamadas de VRLA (do 
inglês, valve regulated lead acid) devido à presença de uma válvula de 
segurança que permite a liberação de gases no caso de sobrecarga.
Vale ressaltar que as baterias de chumbo ácido utilizadas em sistemas 
autônomos são do tipo estacionárias, portanto, diferentes daquelas 
utilizadas em automóveis. As baterias estacionárias são desenvolvidas 
especialmente para sistemas que necessitam do fornecimento de 
corrente durante um longo período de tempo, diferentemente do que 
ocorre nos modelos veiculares, nos quais a bateria é acionada somente 
no momento da partida do veículo, por um curto intervalo de tempo.
Além das baterias de chumbo ácido, podem ser encontradas no 
mercado baterias de NiCd (níquel-cádmio), NiMH (níquel-metal-hidreto) 
e lítio, que são mais leves, compactas, confiáveis, porém possuem um 
custo mais elevado. Dentre elas, as que mais se destacam são as de lítio, 
que estão se popularizando no mercado devido à grande quantidade de 
ciclos que suportam e sua capacidade de descarga.
29
3.2 Controlador de carga
O controlador de carga é o dispositivo que faz o controle da carga do 
banco de baterias de um sistema autônomo, evitando que a bateria seja 
sobrecarregada ou excessivamente descarregada. Especificamente, as 
funções que o controlador de carga desempenha são (BALFOUR et al., 2016):
• Proteção de sobrecarga: impede que a bateria seja 
sobrecarregada, monitorando o valor da tensão nos terminais da 
bateria e impedindo que ela continue sendo carregada quando a 
tensão de carga é atingida.
• Proteção de descarga excessiva: faz com que o consumo de 
energia do sistema seja interrompido quando a bateria atinge um 
nível crítico de carga.
• Gerenciamento de carregamento: recurso presente em alguns 
controladores que gerencia o carregamento respeitando o perfil 
de carga da bateria, criando múltiplos estágios de carregamento. 
Uma bateria de chumbo ácido possui três estágios: de 
carregamento pesado, no qual a corrente é levada ao máximo 
suportado pelo controlador; de absorção, quando a bateria está 
praticamente carregada e é aplicado um carregamento lento 
para que carga chegue até seu máximo; e de flutuação, no qual o 
controlador apenas mantém a bateria carregada.
Os controladores de carga comerciais possuem três conjuntos de 
terminais para a conexão do painel solar, da bateria e a saída para 
o inversor ou cargas alimentadas em corrente contínua. Eles são 
encontrados com capacidades de corrente entre 10 e 60 A e operam 
com diferentes tecnologias, as principais estão destacadas a seguir 
(BALFOUR et al., 2016):
• Controladores Liga/Desliga: são os modelos mais simples que 
existem e têm a função de desconectar a bateria dos painéis 
quando ela está completamente carregada e desconectá-la da 
30
carga quando descarregada. Podem ser construídos com a chave 
que conecta os painéis à bateria em série ou em paralelo.
• Controlador eletrônico com PWM (pulse width modulation, ou, 
modulação por largura de pulso): no lugar de chaves simples que 
somente abrem ou fecham, esse controlador possui circuitos 
eletrônicos que permitem o controle das correntes de carga, com a 
aplicação de uma onda PWM sobre as chaves. Esse tipo de controle 
aumenta a vida útil e maximiza o uso da bateria.
• Controlador eletrônico com PWM e MPPT (maximum power 
point tracking, ou, rastreamento do ponto de potência máxima): 
acrescenta ao controlador PWM o módulo MPPT, fazendo com 
que o painel fotovoltaico opere sempre em seu ponto de máxima 
potência, independente da radiação solar e de sua temperatura de 
trabalho. Geralmente esse tipo de controlador gera uma eficiência 
30% maior na produção de energia que os demais modelos.
3.3 Inversor
Dentro de um sistema fotovoltaico, o inversor tem a função de converter 
e adequar os níveis de tensão e de corrente contínua (CC) em tensão 
e corrente alternada (CA). Ele é necessário pois a grande maioria dos 
equipamentos que conhecemos é construída paratrabalhar em tensão 
alternada (127 V ou 220 V) a 60 Hz.
Podem ser encontrados diversos tipos de inversores, que variam 
conforme o formato da onda de saída, que podem ser um dos tipos 
apresentados na Figura 4. Os inversores de menor custo são os que 
possuem ondas semiquadradas em sua saída, podendo ser uma onda 
quadrada ou uma senoidal modificada. Os modelos com saída senoidal 
pura produzem tensões com o formato de uma senoide com baixa 
distorção harmônica, entregando uma energia de qualidade.
31
Figura 4 – Formas de onda que podem ser encontradas 
na saída de um inversor
Fonte: Villalva e Gazoli (2012, p. 124).
Quando se deseja adquirir um inversor para um sistema autônomo, 
além do tipo de onda de saída, devem ser consideradas diversas 
especificações e características, como a potência nominal e máxima, 
tensão de saída CA, frequência de saída, regulação de tensão, eficiência, 
distorção harmônica e proteções contra curto-circuito e reversão de 
polaridade. Especificando corretamente o inversor, há a garantia de que 
os equipamentos ligados a ele irão funcionar sem problemas.
3.4 Dimensionamento do sistema
Para se fazer o dimensionamento de um sistema fotovoltaico 
autônomo, o primeiro passo é determinar o consumo energético 
que ele deverá suprir, considerando a potência dos equipamentos 
e por quanto tempo eles ficam ligados por dia. Feito isso, devem ser 
especificadas as seguintes características:
• Qual a tensão de alimentação dos equipamentos (cargas) que 
serão ligados ao sistema?
• Quantos dias as baterias devem sustentar o sistema?
• Qual tipo de bateria utilizar, tensão e máximo de descarga, bem 
como a tensão e arranjo do banco de baterias?
32
• Qual o tipo de controlador e suas especificações?
• Qual a potência necessária dos painéis, indicando qual modelo 
será utilizado, quantos serão necessários e como será feita a 
associação deles?
• Qual modelo de inversor utilizar?
4. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede 
elétrica
Um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica, ou sistema ongrid, 
opera em paralelo com a rede elétrica, com o objetivo de gerar energia 
para o consumo local, reduzindo ou eliminando o consumo de energia 
da rede, ou até gerando excedente de energia. Atualmente, tais tipos 
de sistemas estão sendo largamente instalados por consumidores a fim 
de minimizar a sua conta de energia, sendo que, durante o dia, com o 
sistema em operação, é gerada uma quantidade de energia excedente, 
que é injetada na rede. No período na noite, o excedente inserido é 
consumido, gerando um balanço energético, que torna a fatura de 
energia extremamente baixa (ZILLES, 2012).
Vale ressaltar que esse tipo de sistema também pode ser utilizado na 
construção de usinas de geração de energia, que caracterizam sistemas 
com potência acima 1 MW. Porém, tais sistemas possuem a topologia 
de diversos sistemas de minigeração ligados em conjunto. Dessa forma, 
conhecer a topologia de sistemas com potências menores é suficiente 
para o projeto de sistemas maiores. Lembrando que um sistema é 
caracterizado como sendo de microgeração quando possui uma potência 
instalada de até 100 kW, já um sistema de minigeração possui potência 
instalada superior a 100 kW e menor ou igual a 1 MW (ANEEL, 2014).
A topologia de um sistema fotovoltaico de microgeração conectado à 
rede elétrica está apresentada na Figura 5. A principal característica 
33
de tal sistema é a sua modularidade, permitindo que novos painéis e 
inversores sejam acrescentados em paralelo com o sistema, de acordo 
com a capacidade de geração desejada.
Figura 5 – Topologia de um sistema fotovoltaico de microgeração 
conectado à rede elétrica
Fonte: Villalva e Gazoli (2012, p. 153).
Dentro do sistema apresentado na Figura 5, o inversor tem o papel de 
realizar a ligação dos painéis que trabalham em CC com a rede elétrica 
que opera em CA. Assim, preferencialmente devem ser utilizados 
inversores que tenham saída senoidal pura. Além disso, vale ressaltar 
que os inversores para a operação ongrid são diferentes daqueles 
utilizados no sistema offgrid, sendo que no primeiro caso ele opera como 
uma fonte de corrente e no segundo como uma fonte de tensão.
O inversor ongrid funciona apenas quando está conectado à rede 
elétrica, assim, caso ela não esteja disponível, garante a segurança de 
equipamentos que estão ligados na instalação elétrica e outros usuários 
da rede. Desta forma, cabe ao instalador especificar o modelo correto de 
inversor a ser utilizado, dependendo do tipo de sistema de geração.
34
As características dos inversores ongrid são diversas e as que requerem 
maior atenção no momento da aquisição são: faixa útil de tensão 
contínua na entrada; tensão contínua máxima de entrada; número 
máximo de strings de entrada; tensão de operação na conexão com 
a rede; frequência da rede elétrica; distorção da corrente injetada na 
rede; potências CC de entrada e CA de saída; e rendimento. Assim, 
conhecendo as características desse tipo de inversor, é possível chegar a 
sua especificação.
Nessa Leitura Digital foram apresentados conceitos relacionados à 
geração de energia elétrica a partir da energia solar fotovoltaica. Foram 
trabalhados conceitos sobre os painéis solares e formas com que 
eles podem ser utilizados na geração de energia, operando de forma 
autônoma ou ligados à rede. Estudou-se, ainda, os principais dispositivos 
que são encontrados nas duas formas de operação, permitindo uma 
visão geral sobre as características e passos de projeto desse tipo de 
sistema de geração.
Referências bibliográficas 
ANEEL. Sistema de Informações de Geração da ANEEL – SIGA. 2020. 
Disponível em: https://www.aneel.gov.br/siga. Acesso em: 18 jun. 2020.
ANEEL. Micro e minigeração ditribuída: sistema de compensação de energia 
elétrica. 1. ed. Brasília: ANEEL, 2014. Disponível em: https://www2.aneel.gov.br/
biblioteca/downloads/livros/caderno-tematico-microeminigeracao.pdf. Acesso em: 
7 fev. 2020.
BALFOUR, J.; SHAW, M.; NASH, N. B. Introdução ao projeto de sistemas 
fotovoltaicos. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
KALOGIROU, S. A. Engenharia de energia solar: processos e sistemas. 2. ed. 
Rio de Janeiro: Elsevier, 2016.
VILLALVA, M. G; GAZOLI, J. R. Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações. 
1. ed. São Paulo: Érica, 2012.
ZILLES, R. et al. Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. 1. ed. 
São Paulo: Oficina de Textos, 2012.
https://www.aneel.gov.br/siga
https://www2.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/caderno-tematico-microeminigeracao.pdf
35
Biomassa e energia geotérmica
Autoria: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Leitura crítica: Paulo Takao Okigami 
Objetivos
• Compreender como é feito o processamento da 
biomassa e como ela é uma importante fonte 
energética no cenário nacional.
• Conhecer os tipos e como funcionam as usinas 
termoelétricas que podem utilizar a biomassa 
como combustível.
• Conhecer a energia geotérmica e como ela pode 
ser utilizada para a geração de energia elétrica.
36
1. Biomassa
Apesar de não ter grande destaque dentro do cenário mundial de fontes 
renováveis de geração de energia elétrica, a biomassa desempenha papel 
fundamental, sendo uma fonte altamente sustentável. Isso também é 
válido para os biocombustíveis utilizados em veículos, como o etanol e o 
biodiesel, que se enquadram em fontes de energia derivadas da biomassa.
A biomassa é definida como sendo toda matéria orgânica, de origem 
vegetal ou animal, existente na natureza ou gerada pelo homem/animais, 
que pode ser utilizada na geração de energia elétrica. Como exemplos 
podemos citar os resíduos urbanos, rurais e agroindustriais, óleos 
vegetais e combustíveis produzidos com base em culturas agrícolas e 
resíduos. Além disso, também é importante saber que a energia derivada 
da biomassa é chamada de bioenergia (MOREIRA, 2019).
Dentro do cenário nacional, uma das aplicações clássicas da utilização 
da biomassa para a geração de energia elétrica acontece no setor 
sucroalcooleiro,que utiliza o bagaço da cana para a cogeração de 
eletricidade. Algo semelhante ocorre em indústrias de papel e celulose, 
que utilizam os resíduos do processo de produção (resíduos de madeira 
e licor negro) na cogeração. Nessas indústrias e em outras que possuem 
cogeração, a energia gerada é utilizada para a alimentação da própria 
indústria e o excedente é injetado na rede. Porém, também podem ser 
encontradas no Brasil centrais geradoras elétricas que operam tendo 
como fonte a biomassa (ANEEL, 2008).
No Brasil, 8,77% de toda a energia gerada advém da biomassa, com um 
total de 571 centrais geradoras termoelétricas, que somadas possuem 
uma potência instalada de aproximadamente 15.000 MW. Para operar 
essas termoelétricas com biomassa, são utilizadas fontes variadas, 
como o biogás advindo de resíduos animais, florestais, agroindustriais e 
sólidos urbanos, etanol e óleos vegetais, casca de arroz, capim elefante, 
licor negro e como principal fonte de biomassa, o bagaço de cana de 
37
açúcar. Somente o bagaço de cana de açúcar responde por 6,47% de 
toda a energia elétrica gerada no país, sendo a fonte de biomassa mais 
utilizada, com uma capacidade de geração de aproximadamente 11.500 
MW distribuída em 405 usinas termoelétricas (ANEEL, 2020).
Vale ressaltar que a utilização do bagaço de cana como fonte geradora 
de eletricidade é interessante dentro do cenário nacional devido à 
periodicidade das safras de cana e o período de chuvas. No período de 
estiagem, a geração de energia por fonte hídrica, que corresponde a 
aproximadamente 61% da capacidade de geração do país (ANEEL, 2020), 
fica limitada devido aos baixos níveis dos reservatórios. Porém, nesse 
mesmo período acontece a safra da cana de açúcar, período no qual há 
a maior oferta de matéria-prima para as termoelétricas movidas com o 
bagaço da cana. Desta forma, a utilização do bagaço em larga escala pode 
compensar a baixa dos reservatórios e evitar a utilização de combustíveis 
fósseis nas termoelétricas, mostrando-se uma estratégia interessante, 
considerando a matriz geradora de energia elétrica do Brasil.
1.1 Formas de geração de energia elétrica a partir da 
biomassa
Dependendo do tipo e quantidade disponível de biomassa e a potência 
a ser instalada, existem diferentes tecnologias que podem ser utilizadas 
para a geração de energia elétrica. Basicamente, para sistemas 
pequenos, menores de 200 kW, utiliza-se sistemas de gaseificação de 
pequeno porte. Para sistemas acima de 200 kW, majoritariamente, se 
opera com ciclos a vapor.
A operação de grande porte é baseada nas usinas termoelétricas, 
que realizam a queima do combustível para a geração de calor, que 
consequentemente aquece um fluido, responsável por acionar uma 
turbina. Essas usinas podem operar utilizando combustíveis fósseis ou 
utilizando biomassa como fonte de energia.
38
A maioria das usinas termoelétricas que utilizam a biomassa como 
fonte na geração de energia elétrica se baseiam na transformação de 
calor em trabalho útil, operando como máquinas térmicas. A grande 
maioria das máquinas térmicas opera segundo um determinado ciclo 
termodinâmico e depende de uma fonte ou reservatório térmico 
de fornecimento de calor de alta temperatura, um reservatório ou 
absorvedouro de rejeição de calor de baixa temperatura e da máquina 
de conversão de calor em trabalho útil, a qual fica ligado um gerador 
elétrico. Tais componentes estão relacionados entre si, conforme 
mostra a Figura 1.
Figura 1 – Esquema do princípio de funcionamento de uma máquina 
térmica genérica
Fonte: Moreira (2019, p. 32).
As máquinas térmicas operam em ciclos que possuem interações de 
trabalho e calor. Nessas máquinas, o transporte de energia entre os 
reservatórios é feito por um fluido de trabalho, comumente a água, 
proporcionando a conversão de energia térmica em trabalho de forma 
contínua. A seleção de um ciclo de trabalho específico depende, dentre 
outros fatores, das temperaturas e pressões envolvidas até os custos de 
instalações.
39
Um dos ciclos utilizados em centrais termoelétricas é o ciclo de 
Rankine, que possui diversas variações. O ciclo de Rankine simples faz 
somente algumas alterações no ciclo de Carnot, que é o ciclo ideal, 
a fim de torná-lo realizável na prática. Contudo, esse ciclo possui 
susceptibilidade ao aparecimento de erosões na turbina, o que é 
evitado no ciclo de Rankine com superaquecimento, que tem os 
componentes e fases do ciclo apresentados na Figura 2a. Comparando 
o esquema da Figura 2a com o gráfico da Figura 2b, que relaciona a 
temperatura em função da entropia específica, é possível identificar 
em quais pontos do ciclo se encontram os elementos necessários para 
o seu funcionamento e estabelecer uma ordem para o fluxo do fluido 
no sistema. O processo se inicia com a bomba injetando o líquido 
no gerador de vapor, que joga o vapor gerado ao superaquecedor, 
que por sua vez aplica o vapor na turbina. Após passar pela turbina 
e gerar trabalho, o vapor segue para o condensador, onde volta a se 
tornar líquido, encerrando o ciclo. Lembrando que o gerador elétrico 
é acoplado à turbina e que o calor utilizado no gerador de vapor e no 
superaquecedor advêm da queima da biomassa ou combustível fóssil.
Figura 2 – (a) componentes do ciclo de Rankine com superaquecimento e 
(b) gráfico das fases do ciclo
Fonte: Moreira (2019, p. 37).
40
As biomassas que possuem as melhores características para a 
combustão e utilização no ciclo de Rankine são as de estado sólido, 
como o bagaço de cana de açúcar. No caso de biomassas em estados 
gasosos, como o biogás e outros gases obtidos em processos de 
gaseificação, a melhor opção é utilizar o ciclo de Brayton.
O ciclo de Brayton é considerado o ciclo padrão de uma turbina a gás, 
que pode ser classificada como industrial ou aeroderivativa. Neste 
ciclo, um compressor comprime o ar de admissão, que é levado para a 
câmara de combustão, onde o combustível é queimado. O ar aquecido 
é comprimido e sofre uma expansão na turbina de força, gerando 
trabalho e movendo o gerador elétrico. No mesmo eixo da turbina onde 
está acoplado o gerador, também está acoplado o compressor, como 
pode ser visto na Figura 3 que mostra o diagrama com os componentes 
básicos de uma termoelétrica a gás.
Figura 3 – Elementos básicos de uma termoelétrica com ciclo Brayton
Fonte: Moreira (2019, p. 43).
Os produtos da combustão de uma turbina a gás possuem uma 
temperatura relativamente elevada e em um sistema de geração isolado 
eles são lançados para a atmosfera. Contudo, o calor presente nesses 
gases pode ser utilizado em outro sistema, como na produção de vapor 
para o acionamento de uma turbina a vapor. Com isso, é possível 
41
criar um ciclo combinado, formado por uma turbina a gás e uma 
turbina a vapor, chamado de Brayton-Rankine, que tem seu diagrama 
apresentado na Figura 4. Essa combinação tem como objetivo maximizar 
o aproveitamento dos combustíveis e da energia térmica gerada no 
processo geração.
Figura 4 – Diagrama do ciclo combinado Brayton-Rankine
Fonte: Moreira (2019, p. 53).
Analisando a Figura 4, é possível perceber que são necessários dois 
geradores elétricos para o sistema de ciclo combinado. Além disso, 
dependendo da temperatura dos gases que saem da turbina a gás, pode 
ser necessária a queima de outro combustível sólido a fim de aumentar 
a temperatura no trocador de calor, para que seja possível a geração 
de vapor a ser utilizado no ciclo de Rankine. Porém, vale ressaltar que o 
combustível consumido será bem menor se comparado ao utilizado no 
ciclo de Rankine isolado. 
42
A partir dos ciclos apresentados, a tecnologia mais eficiente para a 
conversão termoelétrica é a de ciclo combinado. Porém, a produção 
de gás de síntese para operacionalizar um sistema de ciclo combinado 
de grande porte não tem se mostrado viável, devido à dificuldade 
de limpeza adequada dos gases após o processo de gaseificação da 
biomassa sólida. Assim, atualmente, a maioria das termoelétricasde 
grande porte que operam com biomassa como fonte de energia utilizam 
o ciclo de Rankine como base, ao passo que os outros ciclos estão sendo 
utilizados em sistemas de pequeno porte (MOREIRA, 2019).
Como foi dito, para uma central de geração de pequeno porte, o uso de 
sistemas de ciclo combinado é uma opção. Dessa forma, é importante 
conhecer o processo de gaseificação, que gera como produto final o gás 
de síntese utilizado em tais sistemas. 
A gaseificação utiliza a decomposição da matéria orgânica para 
transformar o carbono presente nas estruturas químicas dos elementos 
em gás de síntese. Os principais gases presentes no gás de síntese são 
o dióxido de carbono, metano, hidrocarbonetos leves e nitrogênio. Essa 
composição depende de alguns fatores, como o tipo de gaseificador, 
tempo de retenção, sistema de retirada de gases e da matéria orgânica 
utilizada. Além disso, na maioria dos casos, o processo de gaseificação 
utiliza como agente gaseificador o ar e operam sob pressão atmosférica. 
Os principais tipos de gaseificadores são (MOREIRA, 2019):
• Gaseificadores de leito fixo: é a tecnologia mais difundida, onde a 
biomassa a ser gaseificada se move por ação da gravidade, sendo 
sustentada por uma grelha fixa. O preaquecimento da biomassa 
em conjunto com o ar gera o gás de síntese.
• Gaseificadores de leito fluidizado: o material é mantido em 
suspensão em um leito de areia, mantido em movimento por um 
fluxo de ar. Com o movimento, a biomassa é arrastada e o gás é 
gerado.
43
Além da utilização de máquinas térmicas e turbinas a gás, uma central 
geradora que utiliza a biomassa como fonte de energia pode trabalhar 
baseada em motores de combustão interna. Nesse caso, podem ser 
utilizados diversos tipos de biomassa, como etanol, biodiesel e biogás.
Os motores de combustão podem trabalhar em vários ciclos térmicos, 
de modo que os mais difundidos são os ciclos de Otto e de Diesel. 
Nesse tipo de motor, um ciclo de trabalho se completa a cada uma ou 
duas voltas do eixo do motor, sendo constituído por diferentes etapas 
de funcionamento. Além disso, um motor de combustão pode ser 
classificado de duas formas, conforme a sua construção (MOREIRA, 2019):
• Motor de dois tempos: o ciclo do motor é completo a cada volta do 
eixo e o próprio pistão atua como válvula, realizando a abertura 
e fechamento das janelas presentes na câmara. Isso torna a 
máquina mais simples, compacta e leve, contudo, os índices 
de poluição e consumo são altos devido à queima parcial do 
combustível que entra na câmara.
• Motor de quatro tempos: o ciclo do motor se completa a cada 
duas voltas do eixo, onde, para um pistão, em uma volta ocorre a 
admissão e compressão e na volta seguinte acontece a combustão 
e escape. Devido a isso, são necessárias válvulas sincronizadas 
com o movimento do motor.
Na prática, os motores de dois tempos são utilizados somente em 
máquinas de pequeno porte, como equipamentos de jardinagem. Para 
a geração de energia elétrica, utiliza-se majoritariamente motores de 
quatro tempos, que são acoplados diretamente a geradores elétricos e 
possuem um sistema de controle de sua velocidade de rotação, a fim de 
garantir estabilidade na frequência da tensão gerada pelo gerador.
Em um motor que opera em quatro tempos, o trabalho é produzido em 
apenas um tempo do motor, quando há a combustão do combustível. 
Nos outros tempos são realizadas as operações para completar o 
44
ciclo de funcionamento. Assim, um motor de quatro tempos possui 
as seguintes fases de operação: admissão, na qual o pistão em 
deslocamento descendente aspira a mistura de ar e combustível através 
da válvula de admissão; compressão, quando o pistão atinge a sua 
excursão mínima, ele começa a subir, comprimindo a mistura de ar 
e combustível; combustão, em que próximo do pistão atingir o nível 
máximo, ocorre a combustão, o que impulsiona o pistão para baixo; 
exaustão, na qual o pistão atinge o seu nível mínimo após a combustão 
e se abre a válvula de exaustão, que serve de caminho para a descarga 
dos produtos da combustão.
Quando o motor de combustão opera baseado no ciclo de Otto, a 
combustão interna é gerada pela centelha de uma vela, podendo 
ter como combustível o etanol, bem como outros combustíveis não 
renováveis, como a gasolina ou gás natural. Já quando o motor opera 
baseado no ciclo de Diesel, a ignição acontece de forma espontânea, 
sem a necessidade de vela, pela compressão do combustível. Esse tipo 
de motor pode utilizar como combustível o biodiesel e com algumas 
modificações, por ser uma mistura de biogás e biodiesel, além de suas 
variantes não renováveis.
É importante frisar que dependendo do tipo de biomassa utilizada para 
a produção do biogás, ele terá uma composição diferente, o que impacta 
no seu poder calorífico quando queimado. Assim, existem gases que são 
mais recomendados para serem utilizados em motores à combustão 
interna, ao passo que existem outros mais recomendados para serem 
utilizados em turbinas a gás.
Para a geração do biogás são utilizados biodigestores, onde os resíduos 
urbanos, rurais ou agroindustriais são inseridos e digeridos, gerando 
o gás. Dependendo do tipo de resíduo, existe um tipo de biodigestor 
mais recomendado. Para resíduos rurais e de esgoto sanitário urbano, 
o biodigestor Rafa (Reator Anaeróbico de Fluxo Ascendente) é o mais 
utilizado. Esse biodigestor possui uma camada de iodo que permite 
45
a passagem dos líquidos e faz a remoção dos nutrientes orgânicos, 
gerando o gás. Para resíduos sólidos urbanos, o biogás pode ser 
coletado de um aterro sanitário. Este tipo de resíduo também pode ser 
incinerado, e o calor gerado na queima aproveitado para a geração de 
energia elétrica (MOREIRA, 2019).
2. Energia geotérmica
O calor oriundo do subsolo terrestre apresenta potencial para a geração 
de energia elétrica, além dos fins não elétricos que já eram utilizados 
há muito tempo, como o cozimento de alimentos ou uso medicinal. Os 
primeiros projetos de geração de eletricidade aproveitando a energia 
geotérmica são datados de 1904, em Lardarello (Itália), e de 1950 na 
cidade de Wairakei (Nova Zelândia). Nos Estados Unidos essa fonte de 
energia começou a ser utilizada em 1960, com o projeto Geysers, na 
Califórnia. Dele resultou o Campo Geyser, que possui uma potência 
instalada de 2.800 MW, sendo a central de geração geotérmica mais 
desenvolvida no mundo. Por estar distante de falhas geológicas, o Brasil 
não possui projetos de usinas geotérmicas. Aqui, a energia geotérmica é 
utilizada somente na forma de água aquecida para fins medicinais e de 
lazer, como acontece em alguns parques termais (REIS, 2011).
As principais vantagens da utilização da energia geotérmica estão no 
fato dela ser uma energia renovável, que causa um impacto ambiental 
reduzido, e por não depender de condições climáticas, como acontece 
com a energia eólica, hidráulica e solar. Os principais impactos dessa 
forma de geração acontecem na instalação da central geradora, pelas 
perfurações e rebaixamento do solo. Após a instalação, o impacto está 
relacionado aos resíduos gerados pelos gases não condensados e pela 
água condensada, que possuem alguns poluentes como o gás carbônico 
e metais pesados. Porém, esses elementos gerados no processo são 
reinjetados no solo, minimizando o impacto.
46
A energia geotérmica pode ser utilizada para a produção de energia 
elétrica quando o vapor está disponível a altas temperaturas (150 ºC a 
200 ºC). Assim, também estando em alta pressão, o vapor aciona uma 
turbina, que está acoplada a um gerador elétrico. 
O vapor e a água quente gerados pela energia geotérmica podem estar 
disponíveis em rochas superficiais, podendo ser utilizados diretamente 
para a produção de eletricidade ou em locais onde não há reservatórios 
subterrâneos naturais. Nesse último caso, a água fria é bombeada para 
dentro das rochas quentes, retirada via tubulação e então utilizada na 
geração de energia elétrica. A partir desses princípios deutilização da 
energia geotérmica, podem ser elencadas algumas vias utilizadas na 
conversão da energia geotérmica em elétrica, que indicam as possíveis 
formas de aproveitamento da energia geotérmica pelas centrais 
geradoras (REIS, 2011):
• Energia hidrotérmica: advém de reservatórios de água quente 
e/ou vapor presentes entre rochas ou sedimentos. Ela pode 
ser aproveitada de duas formas: vapor quente, que tem a sua 
liberação feita por um tubo inserido no reservatório, onde o vapor, 
após passar por um processo de filtragem, é utilizado para acionar 
uma turbina ligada a um gerador elétrico; e água aquecida, da qual 
é separado o vapor que aciona a turbina, podendo a água restante 
ser injetada novamente na terra (método flash) ou ser utilizada 
para aquecer outro líquido em um outro processo de vaporização 
e geração de eletricidade (método ciclo binário).
• Rocha quente e seca: aplicado em locais onde não há reservatórios 
subterrâneos. Nesse caso é perfurado um poço e injetada água, 
que quando aquecida é levada à superfície para gerar eletricidade.
• Reservatórios geopressurizados: se encontram em rochas 
sedimentares e contêm uma mistura de água e metano, sob 
pressão elevada.
47
• Magma: em algumas localizações é possível extrair calor 
diretamente do magma, injetando água, que se solidifica e 
fratura, criando um buraco trocador de calor. Esse calor é então 
aproveitado para gerar eletricidade.
Analisando as quatro formas de aproveitamento da energia geotérmica, 
se percebe que o maior custo associado à instalação e operação de uma 
central geotérmica acontece com o aproveitamento do magma, que 
requer um processo delicado para a utilização do calor. Por outro lado, 
a forma mais comum é com o aproveitamento da energia hidrotérmica, 
que utiliza a estrutura geológica pré-existente como reservatório.
Nessa Leitura Digital foram tratadas duas importantes fontes de energia 
renováveis, a biomassa e a energia geotérmica. Foram apresentadas as 
formas de biomassa disponíveis e como é operacionalizada uma usina 
termoelétrica que utiliza essa fonte, indicando os tipos de processos e 
ciclos que podem ser utilizados, além da aplicabilidade dessa fonte no 
cenário nacional. Sobre a energia geotérmica, foram apresentadas as 
formas de aproveitamento dessa energia em usinas que utilizam essa 
fonte e uma visão geral sobre sua aplicabilidade.
Referências bibliográficas 
ANEEL. Sistema de Informações de Geração da ANEEL – SIGA. 2020. Disponível 
em: https://www.aneel.gov.br/siga. Acesso em: 18 jun. 2020.
ANEEL. Atlas de energia elétrica do Brasil. 3. ed. Brasília: Aneel, 2008. Disponível 
em: http://www2.aneel.gov.br/arquivos/PDF/atlas3ed.pdf. Acesso em: 3 fev. 2020.
MOREIRA, J. R. S. [org.] Energias renováveis, geração distribuída e 
eficiência energética. 1. ed. [Reimpr.]. Rio de Janeiro: LTC, 2019.
REIS, L. B. dos. Geração de energia elétrica. 2. ed. Barueri, SP: Manole, 2011.
https://www.aneel.gov.br/siga
http://www2.aneel.gov.br/arquivos/PDF/atlas3ed.pdf
48
Geração distribuída
Autoria: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Leitura crítica: Paulo Takao Okigami 
Objetivos
• Relacionar os diferentes tipos de fontes alternativas 
de energia com a sua aplicabilidade dentro do 
sistema elétrico e a forma que elas podem ser 
conectadas à rede.
• Conhecer a geração distribuída, suas normas 
regulamentadoras, vantagens e desvantagens, 
formas de tarifação e como ela afeta o sistema 
elétrico de potência.
• Conhecer artifícios que permitam a aplicação da 
geração distribuída em larga escala, como as redes 
inteligentes, e refletir sobre a sua aplicabilidade.
49
1. Introdução
As fontes renováveis apresentam um papel fundamental na matriz 
energética encontrada no Brasil, em especial quando tratamos da 
fonte mais utilizada no país, a fonte hidráulica. Quando tratamos de 
fontes alternativas, menos usuais, como a solar, eólica e biomassa, é 
importante saber que elas são utilizadas majoritariamente em pequenas 
centrais de geração. Essa fragmentação na geração é o ponto de estudo 
da geração distribuída.
Com diversas unidades geradoras de pequeno porte instaladas próximas 
ou nas propriedades dos consumidores finais, o setor elétrico passa a 
ter uma estruturação diferente daquela que se via nas últimas décadas, 
principalmente no sistema de distribuição. Isso se torna cada vez mais 
evidente quando temos noção da quantidade de sistemas solares 
fotovoltaicos que estão sendo instalados pelos consumidores com a 
finalidade de minimizar suas faturas de energia elétrica. E é justamente 
essa forma de geração que tem mudado o panorama do sistema elétrico 
e gerado novas normas e resoluções do órgão regulamentador do setor 
elétrico nacional, a Aneel (agência nacional de energia elétrica). Assim, 
conhecer as resoluções normativas e aspectos relacionados à geração 
distribuída é essencial para o profissional que trabalha com sistemas de 
geração de energia elétrica a partir de fontes alternativas. 
A geração distribuída apresenta diversas vantagens e desvantagens para 
o setor elétrico. A principal vantagem está nos custos de expansão do 
sistema de transmissão, que são evitados, já que os geradores estão 
próximos aos consumidores. As desvantagens estão relacionadas à 
qualidade da energia presente na rede, como a presença de harmônicos, 
que podem ser causados por inversores de sistemas fotovoltaicos sem 
filtragem, por exemplo, e possíveis variações de tensão. Além disso, se 
torna necessário um reforço da rede de distribuição, que passa a ter um 
fluxo bidirecional (BAJAD et al., 2018).
50
2. Impacto das fontes renováveis de energia no 
sistema elétrico
A matriz energética brasileira é composta em sua maioria por fontes 
renováveis, o que contribui para um impacto ambiental menor que 
o gerado com a queima de combustíveis fósseis. O grande problema 
é que diversas dessas fontes renováveis são intermitentes, ou seja, a 
sua capacidade de geração varia ao longo do ano, como nas usinas 
hidroelétricas a fio d’agua, e ao longo do dia, como nas centrais 
fotovoltaicas e eólicas. Assim, para que o sistema elétrico possa 
suportar uma grande quantidade de fontes renováveis intermitentes 
e consiga suprir a demanda, devem ser tomadas algumas medidas. 
Para solucionar o problema, pode-se optar por um sistema de 
geração superdimensionado, o que é inviável devido ao custo elevado, 
ou possuir um sistema flexível para absorver a intermitência das 
fontes renováveis. Uma forma de garantir essa flexibilidade é utilizar 
fontes flexíveis como termoelétricas a gás ou hidroelétricas com 
armazenamento (BAJAD et al., 2018).
O grande problema da dependência de hidrelétricas com 
armazenamento é a capacidade dos reservatórios, que sofrem 
nos períodos de estiagem. Portanto, para garantir o equilíbrio dos 
reservatórios e absorver a intermitência de outras fontes renováveis, 
a utilização de termoelétricas que operam com combustíveis fosseis 
é inevitável. A partir dessa reflexão, é possível concluir que as fontes 
renováveis alternativas (eólica, solar fotovoltaica e biomassa) são 
importantes para garantir a variabilidade da matriz energética, porém, 
elas não conseguem suprir a demanda constante em sua totalidade.
A partir do exposto, fica claro que um sistema elétrico baseado em 
fontes renováveis deve ser altamente flexível. Tal flexibilidade é 
dependente de quatro fatores principais:
51
• Plantas de geração altamente despacháveis: são plantas que 
podem rapidamente aumentar a sua capacidade produtiva, 
partindo de sua capacidade mínima de geração até atingir a 
sua potência instalada (máximo que pode ser gerado). Quanto 
maior essa diferença entre o máximo e mínimo de geração, mais 
despachável é a planta.
• Interconexões de regiões e mercados consumidores: garantir 
que o máximo de consumidores estejam conectados em 
um mesmo sistema, de forma que o aumento da demanda 
de algumas regiões possa ser compensado com a queda no 
consumo de outras.
• Mecanismos de resposta da demanda: comoincentivar o uso de 
equipamentos eficientes energeticamente, reduzindo o consumo 
nos períodos em que são utilizados, ou a tarifação variável ao 
longo do dia e do ano, para reduzir o consumo nos horários em 
que a tarifa é alta.
• Estocagem ou armazenamento: que pode ser em forma de energia 
cinética ou potencial, como reservatórios de usinas hidroelétricas 
ou volantes de inércia; eletroquímicos, em baterias e células 
combustíveis; químicos, com estoque de hidrogênio gerado pela 
eletrólise da água, dentre outros.
Tendo em vista o panorama futuro de crescimento da geração 
distribuída, impulsionada pela geração solar fotovoltaica em pequena 
escala, é perceptível que o sistema elétrico deverá passar por 
mudanças, a fim de absorver uma situação até então inédita dos 
consumidores gerando a sua própria energia. Por consequência, o 
sistema de distribuição será o mais afetado. Por isso, já estão sendo 
aplicadas novas tecnologias, como a implantação das redes inteligentes 
(smart grids), que será discutida mais à frente.
52
3. Geração distribuída de energia elétrica
A geração distribuída é caracterizada pela conexão de uma fonte de 
geração de energia elétrica diretamente à rede de distribuição. Além 
disso, esse tipo de geração tem a característica de possuir uma pequena 
capacidade instalada, onde a geração ocorre próxima ao seu ponto de 
consumo, podendo ser integral ou parcialmente consumida no próprio 
local de geração e com excedente injetado na rede (MOREIRA, 2019).
Com a geração distribuída, há uma mudança na estrutura convencional 
de um sistema de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, 
onde as unidades geradoras ficam alocadas distantes dos grandes centros 
de consumo, tornando necessária uma grande estrutura de transmissão. 
Na geração distribuída, a geração passa a ser descentralizada, com 
diversas centrais de pequeno porte próximas aos consumidores.
No Brasil, as principais tecnologias utilizadas para a geração distribuída 
de médio porte são: instalações de cogeração, como de indústrias 
sucroalcooleiras; pequenas centrais hidrelétricas; centrais solares 
fotovoltaicas; centrais eólicas; e termoelétricas a biogás. Na geração 
de pequeno porte, a principal tecnologia são os painéis solares 
fotovoltaicos, contudo, também se encontram as termoelétricas 
a biogás. Além das fontes renováveis, existem algumas centrais 
termoelétricas a gás natural, de pequeno e médio porte. Perceba 
que associar a geração distribuída somente a fontes renováveis não 
é correto, já que algumas centrais de geração utilizam combustíveis 
fósseis (ANEEL, 2019).
Para compreender como a geração distribuída é regulamentada 
no Brasil, é importante conhecer alguns termos e classificações 
importantes. Uma dessas classificações são as classes de consumo 
dos consumidores de energia elétrica, que estão apresentadas no 
Quadro 1 e determinam como é feita a tarifação. Analisando o quadro, 
53
é perceptível que a classificação depende do nível de tensão de 
alimentação, potência instalada dos sistemas e energia consumida, 
ao passo que a divisão é feita em dois grandes grupos. O grupo B é 
tarifado somente pelo consumo efetivo da energia (tarifa monômia), 
em kWh ou MWh, e é composto por unidades consumidoras 
alimentadas com tensão inferior a 2,3 kV. No grupo A, composto por 
unidades consumidoras atendidas com tensão maior ou igual a 2,3 kV, 
além do consumo, também é tarifada a demanda contratada (tarifa 
binômia) (ANEEL, 2010).
Quadro 1 – Classificação de consumidores de energia elétrica
Subgrupo 
consumidor Tipo de consumidor e tensão de fornecimento
A1 Tensão de fornecimento igual ou maior que 230 kV
A2 Tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV
A3 Tensão de fornecimento de 69 kV
A3a Tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV
A4 Tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV
AS Tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV a partir de sistema subterrâneo de distribuição
B1 Residencial
B2 Rural
B3 Demais classes
B4 Iluminação pública
Fonte: adaptado de Aneel (2010).
No Brasil, existe um total de 188.110 unidades consumidoras (UCs) 
com geração distribuída, que geram créditos para 249.226 UCs (ANEEL, 
2020). Do total de UCs com geração distribuída, a maioria se enquadra 
na classe de consumo Residencial (B1), porém, a classe Comercial 
(B3) também apresenta uma participação importante, como pode ser 
visto na Tabela 1. Vale ressaltar que os números apresentados são 
atualizados constantemente e o aumento na quantidade de novas 
UCs com geração distribuída aumenta a cada dia, assim, os números 
apresentados refletem a situação de quando esse material foi escrito. 
54
Além disso, é possível que um consumidor industrial ou comercial se 
enquadre em diferentes subgrupos de consumo, desta forma, a Tabela 
1 apresenta os números por classe econômica, sem considerar a 
classificação de grupos do Quadro 1.
Tabela 1 – Classes de unidades consumidoras com geração distribuída
Classe de 
consumo Quantidade
Quantidade de UCs 
que recebem créditos
Potência 
instalada (kW)
Comercial 33.758 59.983 941.260,24
Iluminação pública 11 15 309,10
Industrial 5.044 7.300 243.607,07
Poder Público 764 1.066 32.467,62
Residencial 136.377 162.505 849.920,00
Rural 12.075 18.272 281.604,52
Serviço Público 81 85 2.456,87 
Fonte: Aneel (2020).
Além dos grupos consumidores considerados na tarifação de energia, 
é importante conhecer outras definições relacionadas à geração 
distribuída, que são utilizadas para diferenciar o tamanho da unidade 
geradora, além de outros termos importantes, são eles (ANEEL, 2012):
• Microgeração distribuída: central geradora de eletricidade, com 
potência instalada menor ou igual a 75 kW, que utilize fontes 
renováveis ou cogeração qualificada, conectada à rede por meio de 
instalações de unidades consumidoras.
• Minigeração distribuída: central geradora de eletricidade, com 
potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 5 MW, que 
utilize fontes renováveis ou cogeração qualificada, conectada à 
rede por meio de instalações de unidades consumidoras.
• Sistema de compensação de energia elétrica: sistema em que a 
energia elétrica excedente de uma unidade consumidora com 
microgeração ou minigeração é cedida à distribuidora local e 
55
posteriormente consumida. Esse sistema é base de operação de 
centrais fotovoltaicas instaladas nos consumidores, que durante 
o dia injetam o excedente de produção na rede e, quando não há 
geração (momentos sem sol ou à noite), consomem energia da rede.
• Geração compartilhada: é o agrupamento de diversos 
consumidores, dentro de uma área de concessão ou permissão, 
por meio de consórcio ou cooperativa, que possua sistemas de 
microgeração ou minigeração distribuída em um local diferente 
daquele que será utilizado na compensação da energia excedente. 
Esse tipo de geração é aplicado, por exemplo, quando um grupo 
de pessoas cria um sistema de minigeração na zona rural e 
utiliza o excedente gerado para compensar o consumo de suas 
residências na zona urbana da cidade.
• Autoconsumo remoto: caracterizado por unidades consumidoras 
que possuam microgeração ou minigeração distribuída em locais 
diferentes de outras unidades consumidoras onde a energia 
excedente será compensada, sendo todas as unidades de mesma 
titularidade e dentro de uma área de concessão ou permissão. 
Essa situação acontece, por exemplo, quando uma empresa 
instala um sistema de minigeração em uma de suas sedes e utiliza 
o excedente gerado para compensar o consumo em outra sede, 
dentro da mesma cidade.
Os termos apresentados podem ser aplicados em consumidores 
pessoa física e pessoa jurídica. Considerando os consumidores pessoa 
física, que majoritariamente são atendidos dentro do grupo B1 e B2, a 
instalação de um sistema de microgeração ou minigeração distribuídos 
de pequeno porte é suficiente para atender o seu consumo. Como para 
essas situações a fonte mais utilizada é a fotovoltaica, tais sistemas 
operam no sistema de compensação de energia